установка для охлаждения и осветления пивного сусла

Формула изобретения

Установка для охлаждения и осветления пивного сусла, содержащая емкостной аппарат с вертикальным цилиндрическим корпусом, рубашкой на корпусе, сборником отстоя в его днище и мешалкой-распределителем, а также два сборника охлаждающей воды, сообщенные с рубашкой аппарата трубопроводами, отличающаяся тем, что она снабжена прямоточным теплообменником и насосом, сообщенными между собой и рубашкой аппарата посредством трубопроводов и запорной арматуры с возможностью создания замкнутого контура циркуляции воды, причем теплообменник подключен к трубопроводам артезианской воды и рассола и снабжен вентилем для регулирования подачи рассола.

Описание изобретения к патенту

Изобретение предназначено для применения в пивоваренном производстве.

Сваренное и охмеленное пивное сусло перед брожением охлаждают и осветляют в известной установке, содержащей отстойный аппарат, сепаратор и пластинчатый теплообменник [1] . Охлаждение проводят в две стадии. Начальную стадию охлаждения сусла от 95 до 55^oC осуществляют в отстойном аппарате, снабженном рубашкой, в которую подают охлаждающую воду [2] . Одновременно с охлаждением происходит и осветление сусла за счет коагуляции и осаждения белковых частиц на дно аппарата. Эта стадия продолжается 1 - 2 ч в зависимости от объема загружаемого сусла. Из отстойного аппарата сусло направляют в сепаратор для отделения оставшихся в сусле белковых частиц, а из сепаратора - в секционированный пластинчатый теплообменник, в котором сусло охлаждают до 6^oC, при этом в качестве хладоносителей используют артезианскую и "ледяную" воду (с температурой 1^oC), а также рассол.

Недостатками этой установки являются низкая производительность отстойного аппарата, большие энергозатраты на сепарирование и необходимость разборки пластинчатого теплообменника для его очистки после каждого цикла работы установки.

Наиболее близкой к заявляемой (прототипом) является установка для охлаждения и осветления сусла, содержащая емкостной аппарат с вертикальным цилиндрическим корпусом, рубашкой на корпусе, сборником отстоя в его днище и мешалкой-распределителем, а также два сборника охлаждающей воды, сообщенные с рубашкой аппарата трубопроводами [3] . В этой установке благодаря наличию мешалки-распределителя ускоряются процессы охлаждения и осветления сусла. Например, в аппарате емкостью 20 м³ при подаче в него 0.01 м³/с сусла с температурой 95^oC и такой же подаче в рубашку воды с температурой 20^oC сусло охлаждается до 52^oC за время заполнения аппарата, равное 33 мин, а вода нагревается до 63^oC. Вода с такой температурой пригодна для приготовления очередного затора без дополнительного нагрева, поэтому ее направляют в один из сборников установки. При дальнейшем охлаждении сусла в заполненном аппарате теплую воду из рубашки направляют во второй сборник и затем используют для производственных целей, в частности для мойки аппаратов. Таким образом частично утилизируется теплота охлаждаемого сусла и снижается расход чистой воды.

Однако в конструкции этой установки не предусмотрена возможность охлаждения сусла до конечной температуры 6^oC, что является ее недостатком.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности работы установки в конечной стадии охлаждения и осветления сусла.

Решение этой задачи достигается тем, что установка, содержащая емкостной аппарат с вертикальным цилиндрическим корпусом, рубашкой на корпусе, сборником отстоя в его днище и мешалкой-распределителем, а также два сборника охлаждающей воды, сообщенные с рубашкой аппарата трубопроводами, снабжена прямоточным теплообменником и насосом, сообщенными между собой и рубашкой аппарата посредством трубопроводов и запорной арматуры с возможностью создания замкнутого контура циркуляции воды, причем теплообменник подключен к трубопроводам артезианской воды и рассола и снабжен вентилем для регулирования подачи рассола.

Работа заявляемой установки в начальной стадии охлаждения сусла (в период заполнения аппарата) отличается от работы прототипа тем, что в рубашку аппарата с помощью насоса подают воду из второго сборника, а горячую воду из рубашки, как и в прототипе, направляют в первый сборник. По окончании заполнения аппарата включают в работу теплообменник, в который подают прямотоком артезианскую воду с температурой 10^oC и рассол с температурой -16^oC. На выходе из теплообменника получают "ледяную" воду с температурой 1^oC, которую насосом направляют в рубашку аппарата, а из рубашки теплую воду направляют во второй сборник. По мере охлаждения сусла в аппарате температура воды на выходе из рубашки понижается и достигает температуры артезианской воды. В этот момент подачу артезианской воды прекращают и вместо нее в теплообменник направляют воду из рубашки аппарата. В дальнейшем до окончания процесса охлаждения сусла вода циркулирует по замкнутому контуру "рубашка - теплообменник - насос-рубашка". Поскольку температура воды, поступающей в теплообменник, продолжает снижаться, для рационального использования холода, а также во избежание обледенения теплопередающих стенок теплообменника подачу рассола сокращают с помощью регулирующего вентиля пропорционально входной температуре воды [4] . При достижении температуры сусла 6^oC подачу рассола в теплообменник прекращают, выключают насос и мешалку аппарата. Сусло по инерции продолжает замедленное вращение вокруг оси аппарата, при этом вблизи стенки корпуса сусло совершает нисходящее движение, а вблизи днища его движение направлено по спирали к оси вращения. Находящиеся в сусле частицы белка вовлекаются в это движение и оседают в сборнике отстоя подобно тому, как это происходит в гидроциклонном аппарате [2] . Таким образом заявляемая установка позволяет проводить обе стадии охлаждения сусла и его осветление в одном емкостном аппарате, что имеет существенное значение для сохранения стерильности сусла перед брожением. За счет того, что в этой установке процесс отделения денатурированных белков протекает при низкой температуре сусла, достигается более полное их отделение, в то время как при повышенной температуре часть белков остается в сусле в растворенном состоянии. Благодаря тому, что в начальной стадии охлаждения сусла в рубашку аппарата подается вода из второго сборника, а в последующей стадии вода из рубашки направляется в тот же сборник, повышается степень утилизации теплоты сусла и сокращается расход самой воды. Экономия воды достигается также тем, что завершающую стадию охлаждения сусла проводят в режиме циркуляции воды по замкнутому контуру, при этом потребление воды отсутствует. За счет прямоточного движения воды и рассола в теплообменнике и сокращения подачи рассола в период циркуляции обеспечивается рациональное использование холода и исключается обледенение теплообменника.

Согласно расчету в предлагаемой установке процесс охлаждения 20 м³ сусла от 95 до 6^oC при потреблении 40 м³ артезианской воды продолжается 2.5 ч, при этом от сусла отводится 7300 МДж теплоты, из которых 2190 МДж (т. е. только 30%) передается рассолу, а остальные 5110 МДж используются для подогрева воды: 20 м³ - до температуры 63^oC (1-й сборник) и 20 м³ - до 20^oC (2-й сборник).

Предлагаемая установка изображена на чертеже.

Установка содержит сборники воды 1 и 2, емкостной аппарат 3, прямоточный теплообменник 4 типа "труба в трубе" и центробежный насос 5. Корпус аппарата вертикальный цилиндрический выполнен из листового алюминия и снабжен рубашкой 6, изготовленной из алюминиевого уголка, свальцованного в змеевик по наружному диаметру корпуса и приваренного к его обечайке. В днище корпуса имеется сборник отстоя 7, декантатор 8 для слива осветленного сусла, патрубки подвода воды для размыва и выгрузки отстоя. На крышке корпуса имеются патрубки подачи горячего сусла и воды для мойки аппарата, а также патрубок отвода паровоздушной смеси. Аппарат снабжен мешалкой-распределителем 9 с приводом. Теплообменник имеет патрубок подвода артезианской воды с запорным вентилем 10, патрубки подвода и отвода рассола, а также вентиль 11 для регулирования подачи рассола. Оба сборника воды, рубашка аппарата, теплообменник и насос сообщены между собой трубопроводами, на которых установлены вентили 12-16 для переключения потоков охлаждающей воды в ходе работы. Установка оснащена датчиками 17 - 19, измеряющими температуру воды на выходе из рубашки, температуру артезианской воды и температуру сусла в аппарате. Установка может быть оснащена системой автоматического управления (на чертеже не показана).

Установка действует циклически. Цикл ее работы включает две стадии - охлаждение сусла в ходе заполнения аппарата и последующее охлаждение и осветление сусла в заполненном аппарате. В стадии заполнения горячее сусло подают в мешалку-распределитель, сусло отбрасывается мешалкой на стенку корпуса аппарата и стекает по ней тонкой пленкой. Одновременно с началом подачи сусла открывают вентили 12, 13, 14 при закрытых вентилях 15, 16 и включают насос. Вода из сборника 2 поступает в рубашку аппарата через нижний патрубок и отводится из рубашки через верхний патрубок в сборник 1. Вследствие теплообмена между суслом и водой через стенку корпуса сусло охлаждается, а вода нагревается. При достижении верхнего уровня заполнения аппарата подачу сусла прекращают. Для дальнейшего охлаждения сусла в заполненном аппарате открывают вентили 10, 11, 15, а вентили 13 и 14 закрывают. В теплообменник поступают прямотоком артезианская вода и рассол. Степень открытия вентиля 11 выбирают так, чтобы вода в теплообменнике охлаждалась до 1^oC. Охлажденная вода направляется в рубашку аппарата, а из рубашки теплая вода отводится в сборник 2. Так как сусло в аппарате продолжает охлаждаться, температура воды на выходе из рубашки постепенно понижается и в определенный момент времени сравнивается с температурой артезианской воды на входе в теплообменник. В этот момент, определяемый с помощью датчиков 17 и 18, подачу артезианской воды в теплообменник прекращают закрытием вентиля 10, одновременно открывают вентиль 16 и закрывают вентиль 12. Создается замкнутый контур циркуляции воды "рубашка - теплообменник - насос - рубашка". Сусло продолжает охлаждаться и вместе с тем происходит дальнейшее понижение температуры циркулирующей воды. С целью экономии расхода холода и исключения возможности обледенения труб теплообменника подачу рассола сокращают, постепенно уменьшая степень открытия вентиля 11 пропорционально температуре воды на выходе из рубашки. По сигналу датчика 19 о достижении температуры сусла 6^oC закрытием вентиля 11 прекращают подачу рассола в теплообменник, выключают насос и мешалку аппарата. После завершения процесса осаждения белковых частиц осветленное сусло сливают из аппарата через декантатор 8, выгружают отстой из сборника и промывают аппарат водой.

Источники информации

1. Назаров Н. И. , Нечаев А. П. , Щербаков В. Г. и др. Технология и оборудование пищевых производств. - М. : Пищевая пром-сть, 1977. - С. 251-252.

2. Попов В. И. , Кретов И. Т. , Стабников В. Н. , Предтеченский В. К. Технологическое оборудование предприятий бродильной промышленности. - М. : Легкая и пищевая пром-сть, 1983. - С. 293-295.

3. Харин В. М. , Шишацкий Ю. И. , Кулаков В. И. , Кулакова С. В. Рекуперативный теплообмен в емкостных аппаратах периодического действия // Теор. основы хим. технол. 1998. - Т. 32. - N 5. - С. 495-501.

4. Харин В. М. , Агафонов Г. В. , Бардаков В. И. Расчет и оптимизация теплообмена в аппаратах в условиях сплошного обледенения теплопередающей стенки // Теплоэнергетика. Воронеж: ВГТУ, 1999. - С. 95-111.